au sommaire
Ce 2 décembre 2010, la Nasa avait bruyamment annoncé une nouvelle étonnante « sur la vie extraterrestre », diffusée sur Nasa Television. Mais, non, il ne s'agissait pas de la découverte de quelque E.TT. Cette annonce n'était que celle d'une nouvelle bactériebactérie, découverte dans les sédimentssédiments du Lac Mono, en Californie, hypersalin et hautement alcalin. Banal ? Non, révolutionnaire ! Cette bactérie, baptisée pour l'instant GFAJ-1, est capable d'une prouesse invraisemblable : remplacer le phosphore de son ADNADN par une substance d'ordinaire toxique, l'arsenic.
Remarquablement, trois des auteurs de l'article de Science avaient prédit il y a deux ans qu'un tel organisme pouvait exister. Voyons de plus près les arguments de Felisa Wolfe-Simon, une géomicrobiologiste, de Paul Davies, le directeur du fameux Beyond (Center for Fundamental Concepts in Science, Arizona) et de leur collègue ArielAriel Anbar.
Sur ce schéma montrant la composition chimique d'un brin d'ADN, on voit clairement les atomes de phosphore, P, dans les carrés orange. Ce sont ces atomes de phosphore qui sont remplacés par de l'arsenic par la bactérie du lac Mono. © www.bioinformatique.eu
CHONPS : voilà les 6 premiers atomes entrant dans la composition des organismes vivants terrestres. Nous avons nommé le carbone, l'hydrogènehydrogène, l'oxygèneoxygène, l'azoteazote, le phosphore et le soufresoufre. On a toutes les raisons de penser que la vie a démarré dans l'océan, peut-être dans les cheminéescheminées des sources hydrothermalessources hydrothermales découvertes par Jean Francheteau. Le problème est que le phosphore est plutôt rare dans l'océan. L'apparition de moléculesmolécules comme l'ADN ou l'ARNARN devient du coup plus difficile à comprendre. En revanche, l'arsenic est bien plus abondant, lui...
Or, si l'on regarde sa place dans le tableau de Mendeleïevtableau de Mendeleïev, on remarque que l'atome d'arsenic se trouve dans la même colonne que le phosphore et même juste en dessous de lui. Cela signifie que ses propriétés chimiques sont très voisines de celles du phosphore. Bien qu'il soit à haute dose un violent poison pour les organismes vivants, il semblait donc concevable que les premières formes vivantes aient pu démarrer avec un ADN ou un ARN sans phosphatephosphate mais plutôt à l'arsenic.
Felisa Wolfe-Simon a entrepris de le prouver et elle a cherché des environnements où une bacterie était le plus susceptible d'utiliser de l'arsenic, d'une façon ou d'une autre.
Felisa Wolfe-Simon collectant des échantillons de bactéries dans les sédiments du lac Mono. © Henry Bortman
Comment se développer sans phosphore ?
Avec ses collègues, elle a collecté la bactérie GFAJ-1 dans les sédiments des berges du lac Mono. Ce microorganismemicroorganisme fait partie des Halomonas, un genre connu d'extrêmophilesextrêmophiles capables de se développer dans des milieux sursalés et dont certains supportent de fortes concentrations d'arsenic.
L'ADN de GFAJ-1 était parfaitement normal au début des expériences, il ne contenait donc pas d'arsenic. Felisa Wolfe-Simon a mis en culture les bactéries et cherché à voir comment elles allaient réagir si elles étaient brutalement privées de phosphore dans un milieu contenant en revanche de l'arsenic en abondance.
Premier résultat : GFAJ-1 se développe sans aucun problème. Mais pouvait-on en déduire que de l'arsenic avait été utilisé à la place du phosphore ? Après tout, l'organisme pouvait peut-être se révéler un as du recyclagerecyclage de cet atome... Cela semblait tout de même difficile à croire car pendant plus d'une année, des générations de ces bactéries se sont succédé bien que privées de toute source de phosphore. Or, il faut bien fabriquer des protéinesprotéines et des acides nucléiquesacides nucléiques (ADN et ARN) lorsqu'on se multiplie et toutes ces molécules contiennent du phosphore chez tous les êtres vivants de la planète.
La bactérie GFAJ-1 cultivée avec du phosphore. © Jodi Switzer Blum
Pour trancher définitivement la question, Wolfe-Simon et ses collègues ont utilisé des méthodes de spectrométrie de massespectrométrie de masse de pointe connues sous les noms de ICP-MS et NanoSIMS (spectrométrie de masse à oonisation secondaire). En comparant les cultures, il était clair que les bactéries issues de celles riches en arsenic mais dépourvues de phosphore contenaient bien elles-mêmes beaucoup d'arsenic mais très peu de phosphore.
La bactérie GFAJ-1 cultivée avec de l'arsenic mais pas de phosphore. © Jodi Switzer Blum
Une découverte qui « augmente la probabilité de trouver de la vie ailleurs »
Mieux, en utilisant des isotopesisotopes radioactifs de l'arsenic, les chercheurs ont montré qu'environ 10 % de l'arsenic absorbé par les bactéries se retrouve dans leurs acides nucléiques. La technique d'extraction et de purification de l'ADN avec du gelgel d'agaroseagarose, couplée avec la NanoSIMS, n'a ensuite guère laissé de doute sur la substitution des atomes de phosphore de l'ADN de GFAJ-1 par des atomes d'arsenic. Cela a d'ailleurs été confirmé par des études plus fines conduites à partir de la microspectroscopie EXAFS (Extended X-Ray AbsorptionAbsorption Fine Structure).
Remarquablement, les bactéries remises en cultures dans un milieu riche en phosphore mais dépourvu d'arsenic se sont à nouveau développées sans aucun problème.
Comme le dit Michael New, un exobiologiste de la Nasa : « La découverte d'un organisme qui peut utiliser l'arsenic pour construire ses composants cellulaires peut indiquer que la vie peut se former en l'absence de grandes quantités de phosphore disponibles, augmentant ainsi la probabilité de trouver la vie ailleurs. Cette découverte élargit notre compréhension des conditions dans lesquelles la vie peut se développer et peut-être apparaître, ce qui accroît notre compréhension de la distribution de la vie sur Terre et les habitats potentiels pour la vie ailleurs dans le Système solaireSystème solaire ».
Il semble aussi qu'il va falloir repenser la gamme de tests possibles pour détecter des formes de vies ainsi que les lieux où la chercher, par exemple sur Mars, Europe ou sous forme de biosignatures dans l'atmosphèreatmosphère d'une exoTerreexoTerre.
La conférence de la Nasa du 2 décembre 2010 avec Felisa Wolfe-Simon elle-même est disponible dans cette vidéo sur YouTubeYouTube.
